聲發射技術在大型壓力容器檢驗中的應用研究

關昕妍 范梟 陳浩

摘要：伴隨著化學性質工業企業的擴大，其化學性質工作中壓力容器的檢測、維護工作越來越引起廣大使用者的關注，在當前聲波技術發展迅猛的時刻，如何通過聲波發射技術來實現對壓力容器的損壞檢測成為當前新的檢測工作重點。本文主要分析探討了聲發射技術在大型壓力容器檢驗中的應用情況，以供參閱。

關鍵詞：聲發射技術；大型壓力容器；檢驗；應用

隨著社會經濟的不斷發展，天然氣的需求量日益增加，對于天然氣管網安全性的要求也日趨嚴格，焊接技術作為城市天然氣管網施工的關鍵技術，直接關系到工程質量、施工效率、施工成本以及管線運行期間的安全可靠性。如何發現并消除裂紋、夾渣、氣孔等焊接缺陷，最大限度的保證焊接質量、保障管道安全運行，同時盡可能不對管道造成破壞性影響，是燃氣工程建設者始終關心的問題。

1聲發射技術的特征與優勢

聲發射技術是化工行業檢驗壓力容器的重要技術，其應用時間不長，但是收到的效果比較好。壓力容器的正常運行是保證化工企業穩定運營的基礎，如果化工單位沒有對裝置以及設備進行定期的檢驗，則可能造成壓力容器帶病作業，不利于保證企業運行的安全性。壓力容器出老化或者故障后，可能存在較大的安全隱患，所以，相關人員一定要采用聲發射技術對壓力容器進行檢驗，并通過對檢驗結果的分析，對其存在的缺陷進行改進與處理。聲發射技術主要是利用材料表面的耦合壓電陶瓷探頭，通過彈性波與信號的轉化，用電子設備將信號放大，通過獲得材料中聲發射源的參數，對壓力設備安全運行狀況進行檢驗，獲取其內部缺陷的具體位置以及設計狀況。聲發射技術主要是根據容器內部產生的壓力波，判斷其內部缺陷存在的具體位置，其屬于全新無損的動態檢驗技術。聲發射技術可以對容器的內部結果進行檢測，其應用范圍比較廣，主要在航天航空、石油化工行業中應用比較多，而且對保證壓力容器的安全性發揮著重要作用。聲發射技術是對傳統技術的改進與優化，其采用動態檢測的方式，提高了檢測的靈敏度；聲發射主要通過內部缺陷的傳遞，獲取缺陷位置的具體參數，其檢測的準確性比較高，所以，在工業行業中得到了廣泛的推廣。聲發射技術的探測能量主要由被測物體自身提供，屬于動態性檢測技術，而射線探傷或者超聲探傷方式，則主要利用無損檢測儀器完成；聲發射技術對動態信息較為敏感，可以根據獲得的參數客觀評價缺陷實際情況、危害程度、結構完整性、使用壽命等；同時采用該技術，還可在外加結構應力情況下，探測內部缺陷的活動規律，如果缺陷較為穩定，則不會發出聲發射信號，以此提高判斷的準確性。通過聲發射技術，提供可以隨著時間、溫度、荷載力等外部變化而產生的瞬態信號或者連續信號，可以應用于監控過程，并預報早期破壞、臨近破壞等可能性；另外，該技術對接近被檢工件的距離要求不高，對于難以接近的環境下，如劇毒、高溫、核輻射、易燃易爆等，也可完成檢測過程；針對正在運行中的設備，可以實行定期檢測，在不需要停產的情況下，滿足設備運行需求；在設備加載試驗中，可以避免系統失效問題，同時限制系統的最高荷載量，避免引發災難或事故。

2聲發射檢測技術在大型壓力容器檢驗中的應用

2.1聲發射技術在化工大型壓力容器定期檢驗中的應用

我們對試件做拉伸試驗時，當應力達到材料的塑性變形區域時，聲發射的發射率急劇增加，經過最大值后又逐步減少。一般認為這一聲發射是由于材料的位錯移動而產生的。在被檢設備中存在裂紋等危害缺陷情況下，裂紋頂端產生應力集中，致使該部位比其他部位更早的進入塑性變形區域而引發聲發射信號，這為我們對壓力容器定期檢驗發現一些裂紋等危害性缺陷提供了一個前提條件。經過材料的反復加壓和卸載，人們發現當加了一次載荷使材料產生聲發射信號之后卸去載荷，第二次再加載載荷時則在所加載荷未超過第一次加載時的應力值之前，便沒有聲發射信號產生。這一不可逆的現象就稱為“凱賽爾效應”，它也常被用于壓力容器的定期檢驗。根據聲發射不可逆效應———凱賽爾效應，對在用壓力容器因已承受過一定的壓力，故在定期檢驗中再次進行水壓試驗時，當壓力不超過使用時的最高工作壓力，則不出現聲發射信號。有可能造成缺陷的漏檢。因此我們在做加載試驗時一定要高于壓力容器的最高工作壓力才不會造成缺陷漏檢。若壓力容器在長期使用過程中，產生了疲勞裂紋或應力腐蝕裂紋等缺陷，則在較低的壓力下就會產生聲發射信號。這樣，在壓力容器定期檢驗的水壓試驗中用聲發射監測就能發現裂紋的擴展信號。

2.2聲發射技術在核電站大型壓力容器中的應用

為了解決能源問題，同時也是出于對環保問題的重視，世界各國核能工業正在迅速發展，目前我國有幾百座核電站正在運轉，并且新的核電站還正在興建。但事情往往存在兩面性，當一次次核電事故發生時，又使得人們對核電站的安全更為擔憂。因此，如何保障核電站尤其是反應堆等核心壓力容器的安全成為核電發展的重中之重。通過聲發射在線監控系統可以使得我們對核反應堆等核心設備安全狀況進行監測和評價。聲發射在核反應堆中的應用主要有如下幾個方面：（1）核壓力容器及回路系統水壓試驗時的監測；（2）定期檢修后水壓試驗的監測；（3）放射性物質泄漏的監測；（4）開停機及失水事故緊急停堆時對熱沖擊的監測；（5）對某些重點部位的實時在線監測；通過這些監測對核反應堆壓力容器的安全狀況進行整體評價，以便早期做出反應，防止事故發生。

3結束語

總而言之，聲發射檢測是無損檢測的新技術，作為在役壓力容器定期檢驗的一種主要方法是非常有效和完全可行的。我們應該大力推廣這一高新技術，使聲發射檢測這一方法更廣泛地應用到我們的檢驗工作中，以提高檢驗、檢測水平及效率，確保設備的安全和正常運行。隨著工藝技術發展，結構復雜、運行條件苛刻的壓力容器將會越來越多，這對檢測技術和水平必然提出更高的要求，為適應這一快速發展的需要，開展聲發射檢測技術在壓力容器檢測中的應用研究已經成為一種勢在必行的趨勢。

參考文獻：

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[3]顧錦輝.聲發射技術在壓力容器檢驗中的應用探討[J].城市建設理論研究（電子版）.2015（09）.

（作者單位：葫蘆島市特種設備監督檢驗所）